Наследственность и изменчивость, биология

Наследственность и изменчивость организмов. История развития генетики. Основные понятия и термины. Методы генетических исследований

Наследственность и изменчивость организмов. История развития генетики. Основные понятия и термины. Методы генетических исследований

Грегор Иоганн Мендель (1822-1884 гг.) — ботаник, биолог, монах, аббат

С давних времен человек пользовался генетическими методами для улучшения пород домашних животных и сортов растений, но делал это бессознательно, не представляя механизмов этих методов. Уже 6000 лет назад человек понимал, что некоторые признаки могут наследоваться и передаваться от одного поколения другому.

Лишь в начале XX века ученые осознали важность законов наследственности и ее механизмов. Первый шаг в этом направлении осуществил австрийский монах, природовед Грегор Мендель(1822-1884 гг.

), который в 1866 году опубликовал статью «Опыты над растительными гибридами». В статье Мендель изложил основы современной генетики.

Сообщение об опытах сделал раньше, в 1865 году на заседании Общества любителей природоведения.

Грегор Иоганн Мендель родился в Моравии. В 1843 году вступил в монастырь августинцев в Врюнне в Австро-Венгрии (ныне г. Брно, Чешская республика). Позднее отбыл в Вену на два года, где изучал в университете естественную историю и математику. В 1853 году вернулся в монастырь. Летом 1856 года начал исследования.

Успехи Г. Менделя частично зависели от удачного выбора объекта исследования – гороха посевного. Преимущества, которые имеет этот вид:

• –  имеет много сортов, которые хорошо отличаются один от другого (из 34 сортов Мендель отобрал 22);
• –  легко выращивать, дает несколько урожаев за один сезон;
• –  самоопыляющееся растение;
• –  возможно искусственное опыление;
• –  дает многочисленное плодовитое потомство.

Опыты Г. Менделя в те времена не привлекли внимания ученых и были забыты на определенный период.

Датой рождения генетики считают 1900 год, когда одновременно три ботаника – голландец Г. де Фриз, немец К. Корренс, австриец Э. Чермак – ознакомились с работой Г. Менделя. Независимо друг от друга они проводили опыты по гибридизации растений, и их результаты оказались приближенными к результатам исследования Менделя.

В 1909 году единицы наследственности датский ботаник Йогансен назвал генами.

С 1911 года Т. Морган с сотрудниками в Колумбийском университете (США) экспериментально доказывают, что носителями генов являются хромосомы, гены в них расположены линейно, формулируют основные положения хромосомной теории.

В 1953 году английский биофизик и генетик Ф. Крик и американский биохимик Дж. Уотсон предложили модель структуры ДНК.

С того времени генетика достигла значительных успехов в объяснении природы наследственности как на уровне организма, так и на уровне гена.

Основные понятия и термины генетики

Основные понятия и термины генетики

Генетика

Генетика (от греч. генетикос – относящийся к происхождению) – это раздел биологии, наука, которая изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов. Это название предложил английский ученый У. Бэтсон в 1906 году.

Предметом исследований генетики являются явления наследственности и изменчивости.

Наследственность

Наследственность – это свойство организмов передавать в процессе размножения потомкам способность к определенному типу индивидуального развития и повторять в ряде поколений похожие признаки. Наследственность обеспечивает внутривидовое сходство организмов в ряде поколений.

Изменчивость

Изменчивость – это способность живых организмов приобретать новые признаки во время индивидуального развития. Изменчивость является противоположностью наследственности. Именно она обеспечивает индивидуальное разнообразие особей одного вида.

Изменчивость и наследственность тесно связаны. Новые признаки проявляются лишь благодаря изменчивости и имеют значение в эволюционном процессе видообразования, если наследуются.

Ген

Элементарной единицей наследственности является ген. Ген – это участок молекулы ДНК, который несет информацию о последовательности аминокислот в белке, то есть информацию о наследственном признаке организма.

Под наследственным (генетическим) признаком понимают разные свойства организма, которые передаются потомкам. Генетические признаки делят на качественные и количественные. Качественные: окраска семени, цветка, форма цветка, расположение цветков и т. п. Количественные могут быть измерены. Например: рост, масса, удойность и др.

Альтернативные признаки

Альтернативные признаки – это признаки, проявление которых противоположные, взаимоисключающие, отличные, альтернативные. Например: форма семени – гладкая и морщинистая, окраска цветков – красная и белая и т. д.

Гены в хромосомах расположены в определенном порядке и на определенном месте – локусе.

Аллельные гены (аллели) – это гены, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом, которые определяют состояние определенного признака.

Если состояния одинаковые – диплоидная (полиплоидная) клетка (особь) гомозиготная (от греч. гомос – равный, одинаковый, зиготос – соединенное вместе). Если состояния разные – гетерозиготная (от греч. гетерос – разный).

Фенотип

Совокупность всех свойств и признаков организма называется фенотипом (от греч. файнос – представляю, типос – отражение).

Генотип

Совокупность всех генов, определяющих эти признаки и свойства, называется генотипом (от греч. генос – род). Фенотип формируется вследствие взаимодействия генотипа с внешней средой.

Методы генетических исследований

Методы генетических исследований: специфические и неспецифические

Для решения генетических проблем применяют разные методы, которые можно разделить на специфические, применяющиеся только в генетических исследованиях, и неспецифические.

Специфические методы

Гибридологический метод. Метод заключается в скрещивании организмов, которые различаются между собой определенными признаками, их состояниями. Такое скрещивание называется гибридизацией (от греч. гибрида – смесь). Полученных потомков называют гибридами. Впервые этот метод применил Г. Мендель в своих исследованиях.

Генеалогический метод. Основан на составлении и анализе родословных. Применяется в селекции и медицинской генетике. Дает возможность проследить за наследованием определенного признака.

Неспецифические методы

Близнецовый метод. Используется для выяснения роли факторов окружающей среды на формирование признаков организма. Изучаются однояйцевые близнецы, так как происходят из одной зиготы и всегда имеют один пол, одинаковые генотипы.

Цитогенетический метод. Заключается в изучении хромосом под микроскопом, что дает возможность обнаружить их мутации.

Популяционно-статистический метод. Позволяет изучить распространение отдельных генов или хромосомных аномалий в популяции, ее генетическую структуру.

Биохимический метод. С его помощью проявляют вещества, несвойственные данному организму. Это дает возможность диагностировать наследственное заболевание, связанное с нарушением обмена веществ.

Рекомбинационный метод. Позволяет составлять карты хромосом, где указаны размещения разных генов.

Кроме этих применяют много других методов. Каждый из них действует на определенном уровне организации в зависимости от особенностей изучаемого объекта.

Наследственность и изменчивость организмов

Признаки организмов. Наследственность и изменчивость

Представления о том, что для живых существ характерны наследственность и изменчивость, сложились еще в древности.

Было замечено, что при размножении организмов из поколения в поколение передается комплекс признаков и свойств, присущих конкретному виду (проявление наследственности).

Однако столь же очевидно и то, что между особями одного вида существуют некоторые различия (проявление изменчивости).

Знание о наличие этих свойств использовалось при выведении новых сортов культурных растений и пород домашних животных. Исстари в сельском хозяйстве применялась гибридизация, т. е.

скрещивание организмов, отличающихся друг от друга по каким-либо признакам. Однако до конца XIX в.

такая работа осуществлялась методом проб и ошибок, поскольку не были известны механизмы, лежащие в основе проявления подобных свойств организмов, а существовавшие на этот счет гипотезы имели чисто умозрительный характер.

В 1866 г. вышел в свет труд Грегора Менделя, чешского исследователя, «Опыты над растительными гибридами». В нем были описаны закономерности наследования признаков в поколениях растений нескольких видов, которые Г.

Мендель выявил в результате многочисленных и тщательно выполненных экспериментов. Но его исследование не привлекло внимания современников, не сумевших оценить новизну и глубину идей, опередивших общий уровень биологических наук того времени. Лишь в 1900 г., после открытия законов Г.

Менделя заново и независимо друг от друга тремя исследователями (Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии), начинается развитие новой биологической науки — генетики, изучающей закономерности наследственности и изменчивости.

Грегора Менделя справедливо считают основоположником этой молодой, но очень бурно развивающейся науки.

Наследственность организмов

Наследственностью организмов называют общее свойство всех организмов сохранять и передавать особенности строения и функций от предков к потомству.

Связь родителей с потомками у организмов осуществляется в основном через размножение. Потомство всегда подобно родителям и предкам, но не бывает их точной копией.

Каждый знает, что из желудя вырастает дуб, из яиц кукушки выводятся ее птенцы. Из семян культурных растений определенного сорта вырастают растения того же сорта. У домашних животных сохраняют свойства потомки той же породы.

Почему же потомство похоже на своих родителей? Во времена Дарвина причины наследственности были мало изучены.

В настоящее время известно, что материальную основу наследственности составляют гены, расположенные в хромосомах.

Ген представляет собой участок молекулы органического вещества ДНК, под действием которого формируются признаки. В клетках организмов разных видов содержатся единицы и десятки хромосом и сотни тысяч генов.

Хромосомы с расположенными в них генами имеются как в половых клетках, так и в клетках тела. При половом размножении происходит слияние мужской и женской половых клеток. В клетках зародыша объединяются мужские и женские хромосомы, поэтому формирование его происходит под влиянием генов как материнского, так и отцовского организма.

На развитие одних признаков большее влияние оказывают гены материнского организма, других — отцовского, на третьи признаки материнские и отцовские гены оказывают равное влияние. Поэтому потомство по одним признакам оказывается похожим на материнский организм, по другим — на отцовский, по третьим — совмещает признаки отца и матери, т. е.

имеет промежуточный характер.

Изменчивость организмов

Изменчивостью организмов называют общее свойство организмов приобретать новые признаки — различия между особями в пределах вида.

Изменчивы все признаки организмов: особенности внешнего и внутреннего строения, физиологии, поведения и др. В потомстве одной пары животных или среди растений, выросших из семян одного плода, невозможно встретить совершенно одинаковых особей.

В стаде овец одной породы каждое животное отличается еле уловимыми особенностями: размерами тела, длиной ног, головы, окраской, длиной и плотностью завитка шерсти, голосом, повадками.

Количество краевых язычковых цветков в соцветиях золотой розги (семейство сложноцветных) колеблется от 5 до 8. Число лепестков ветреницы дубравной (семейство лютиковых) — 6, а иногда 7 и 8.

Растения одного вида или сорта несколько отличаются друг от друга в сроках цветения, созревания плодов, степени засухоустойчивости и др. Благодаря изменчивости особей популяция оказывается разнородной.

Дарвин различал две основные формы изменчивости — ненаследственную и наследственную.

Ненаследственная или модификационная изменчивость

Давно было замечено, что все особи данной породы, сорта или вида под влиянием определенной причины изменяются в одном направлении. Сорта культурных растений при отсутствии условий, в которых они были выведены человеком, теряют свои качества.

Например, белокочанная капуста при возделывании в жарких странах не образует кочана. Известно, что при хорошем удобрении, поливе, освещении растения обильно кустятся и плодоносят.

Породы лошадей, завезенные в горы или на острова, где пища недостаточно питательна, со временем становятся низкорослыми. Продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается.

Все эти изменения ненаследственны, и если растения или животных перенести в исходные условия существования, то признаки вновь возвращаются к первоначальным.

Причины ненаследственной, или модификационной, изменчивости организмов во времена Дарвина были слабо изучены. К настоящему времени выяснено, что формирование организма идет как под влиянием генов, так и под воздействием условий среды обитания.

Эти условия и служат причиной ненаследственной, модификационной, изменчивости. Они могут ускорить или замедлить рост и развитие, изменить окраску цветков у растений, но гены при этом не изменяются.

Благодаря ненаследственной изменчивости особи популяций оказываются приспособленными к меняющимся условиям среды.

Наследственная изменчивость

Кроме модификационной существует другая форма изменчивости — наследственная изменчивость организмов, которая затрагивает хромосомы или гены, т. е. материальные основы наследственности. Наследственные изменения были хорошо известны Дарвину, им он отводил большую роль в эволюции.

Причины наследственной изменчивости во времена Дарвина также были мало исследованы. В настоящее время известно, что наследственные изменения обусловлены изменением генов или образованием новых комбинаций их в потомстве.

Так, один вид наследственной изменчивости — мутации — обусловлен изменением генов; другой вид — комбинативная изменчивость — вызван новой комбинацией генов в потомстве; третий — соотносительная изменчивость — связан с тем, что один и тот же ген оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков.

Таким образом, в основе всех видов наследственной изменчивости лежит изменение гена или совокупности генов.

Мутации могут быть незначительными и затрагивать самые различные морфологические и физиологические особенности организма, например у животных — размеры, окраску, плодовитость, молочность и т. п. Иногда мутации проявляются в более значительных изменениях.

Такого рода изменения были использованы при создании курдючных, мериносовых и каракулевых пород овец, махровых сортов многих декоративных растений, деревьев с плакучими и пирамидальными кронами.

Известны наследственные изменения земляники с простыми яйцевидными листьями, чистотела с рассеченными листьями.

Мутации могут происходить в силу самых различных воздействий. Источником комбинативной изменчивости в популяциях служит скрещивание. Отдельные особи одной и той же популяции несколько отличаются друг от друга по генотипу. В результате свободного скрещивания получаются новые комбинации генов.

Появившиеся в популяции в силу случайных причин наследственные изменения постепенно распространяются среди особей благодаря свободному скрещиванию, и популяция оказывается насыщенной ими.

Эти наследственные изменения сами по себе не могут привести ни к появлению новой популяции, ни тем более нового вида, но они являются необходимым материалом для отбора, предпосылкой для эволюционных изменений.

Еще Дарвин отметил соотносительный характер наследственной изменчивости. Например, длинные конечности животных почти всегда сопровождаются удлиненной шеей; у бесшерстных собак наблюдаются недоразвитые зубы; голуби с оперением на ногах имеют перепонки между пальцами.

У столовых сортов свеклы согласованно изменяется окраска корнеплода, черешков и нижней стороны листьев. У львиного зева со светлыми венчиками цветков стебель и листья зеленые; с темными венчиками — стебель и листья темные.

Поэтому, проводя отбор по одному, нужному признаку, следует учитывать возможность появления в потомстве других, иногда нежелательных признаков, относительно с ним связанных.

Наследственность и изменчивость — разные свойства организмов, обусловливающие сходство и несходство потомства с родителями и с более отдаленными предками. Наследственность выражает устойчивость органических форм в ряду поколений, а изменчивость — их способность к преобразованию.

Дарвин неоднократно подчеркивал необходимость глубокой разработки законов изменчивости и наследственности. Позднее они стали предметом изучения генетики.

3.4 Генетика, её задачи. Наследственность и изменчивость – свойства организмов

• Видеоурок: Основы генетики. Наследственность и изменчивость
• Лекция: Генетика, её задачи. Наследственность и изменчивость – свойства организмов   
• Генетика, как наука
• Основоположником генетики, как науки, считается чешский ученый Грегор Мендель, открывший явление и некоторые закономерности наследования признаков.
• Генетика – так называется наука об изменчивости и наследственности живых организмов.
• Эта отрасль научного знания оперирует терминами:

Ген – минимальная единица наследственной информации, которая практически является участком ДНК, кодирующим один белок.

Геном – все гены, находящиеся в одной клетке организма.

Генотип – означает то же самое , при узком понимании, рассматривается как комбинация генов одного аллеля.

Аллель – разные формы одного гена, расположенные в одних и тех же локусах (участках) хромосом и определяющие возможные альтернативные признаки организма – голубые или карие глаза, светлые или темные волосы, желтые или зеленые семена.

Фенотип – проявление возможных вариантов во внешности организма.

Гомозигота – организм, имеющий одни и те же гены в обоих аллелях.

Гетерозигота – организм, имеющий одновременно оба аллеля одного гена.

1. Наследственность – характерное только для биологических объектов свойство сохранять и передавать в поколениях черты строения, метаболизма и развития.
2.  Эта способность позволяет сохранить постоянство и многообразие жизненных форм.
3. Изменчивость – особенность живых существ, выражающаяся в способности утрачивать прежние признаки и приобретать новые.

Практически она проявляется в отличиях особей следующего поколения как друг от друга, так и от родителей.

Причина этого феномена заключается во взаимном влиянии на организм внешних условий и наследственных признаков.

На каждый организм среда обитания оказывает свое влияние, так как ее условия для каждого из них немного отличаются, именно этим обусловлены фенотипические различия даже одинаковых по генотипу организмов.

Получается, что консервативность наследственности, сохраняющей неизменными признаки в поколениях и прогрессивность изменчивости оказывают взаимное влияние на строение, метаболитические и фенотипические свойства организма.

Задачи и методы генетики

К задачам генетики относятся теоретические и практические исследования:

• связей и взаимного влияния между наследственностью, отбором и изменчивостью и их роли в эволюционном развитии;
• закономерностей и способов фенотипического проявления генетической информации, как на уровне вида, так и в отдельном организме;
• путей приобретения, хранения и передачи этой информации от родителей к следующим поколениям.

На основе знаний, накопленных генетикой решаются такие практические задачи, как:

• определение эффективных методов гибридизации;
• управление наследуемыми признаками и определение путей и методов получения желательных результатов;
• разработка методов защиты от мутагенных факторов и природоохранных мероприятий;
• разработка новых технологий.

Генетика использует различные методы научного познания:

• генеалогический;
• цитогенетический;
• мутационный;
• гибридологический.

Основными из них на сегодняшний день являются гибридологический, цитогенетический и биохимический.

Развитие технологий, создание мощной исследовательской аппаратуры позволяет все более уверенно и точно проводить исследования на клеточном и молекулярном уровне.

Гибридологический же позволяет на практике изучить результаты скрещивания на примерах различных видов, выявить закономерности наследований признаков и обретения новых признаков, а также проследить за их сохранением в потомстве.

Хромосомная теория наследования

В начале ХХ в Т. Морган и его коллеги смогли опытным путем доказать, что гены локализуются в хромосомах и вывести некоторые закономерности наследования. В течение всего ХХ века затем эти идеи изучались, подтверждались и дополнялись, результатом исследований стали формулировки хромосомной теории наследования:

• Гены находятся в хромосомах;
• Гены располагаются в хромосомах линейно;
• Разные хромосомы содержат разное число генов. В каждой хромосоме (кроме гомологичных) находятся свои уникальные гены, не повторяющиеся в других;
• В гомологичных хромосомах располагаются гены, отвечающие за одни и те же признаки. Они могут быть аллельными (варианты одного и того же признака – длинная или короткая шея, желтые или белые цветки) и тогда занимают одни и те же локусы (участки хромосом);
• Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются вместе ( потомок получает целый пакет генов, находящихся в хромосоме, называемый группой сцепления);
• Группа сцепления может распадаться при кроссинговере. Чем дальше друг от друга в хромосоме находятся гены, тем меньше вероятность сцепленного их наследования;
• У каждого вида живых существ есть свой набор хромосом, называемый кариотипом.

Научная ценность этой теории заключается в доказательстве и объяснении механизмов, по которым работают законы Менделя, определении внутриклеточных механизмов наследования и генетического базиса теории естественного отбора.

Предыдущий урок

Следующий урок

Наследственность и изменчивость в биологии

Определение 1

Наследственность – это свойство живых организмов, основной смысл которого заключается в возможности передавать собственные признаки потомкам, тем самым закрепляя их в ряду поколений.

Определение 2

Изменчивость – это свойство живого, основной смысл которого заключается в приобретении организмом ряда индивидуальных признаков в ходе онтогенеза (эмбрионального и постэмбрионального периодов).

Еще в древние времена складывались весьма многогранные представления о том, что живые существа обладают свойствами наследственности и изменчивости.

Отмечалось также, что при размножении организмов из поколения в поколение передается ряд признаков и свойств, которые присущи конкретному виду, ввиду чего детеныши часто похожи на своих родителей. Эта закономерность называлась внешним проявлением наследственности.

Но при этом также очевидно, что особи одного вида имеют актуальные различия, даже если они рождены от одних и тех же родителей. Эта тенденция признается проявлением изменчивости.

Характеристики наследственности и изменчивости

Знания о наследственности и изменчивости длительное время использовались при практической реализации задач селекции, а именно: при выведении новых пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Традиционным методом сельского хозяйства признавалась гибридизация. Она обладала следующими чертами:

• скрещивание организмов;
• организмы отличаются друг от друга по ряду актуальных признаков.

До конца 19 века селекция была научно не проработана, ее основным методом был метод «проб и ошибок», поскольку сведений о механизмах проявления наследственности и изменчивости организмов было недостаточно, а все гипотезы в основном были исключительно умозрительными.

Все изменилось при выходе в свет труда основоположника генетики Г.

Менделя «Опыты над гибридами», который содержал исчерпывающее описание закономерностей наследования признаков, установленных в ходе тщательных экспериментов.

По началу исследование генетика осталось без внимания и новизна идей, а также их глубина не была оценена по достоинству. Только в 1900 -м году три исследователя открыли заново законы Менделя и подтвердили их. Ими были:

• Г. Де Фриз;
• К. Корренс;
• Э. Чермак.

С этого момента начинается новый этап в развитии биологии и формируется новое понимание генетики.

Как наследственность, так и изменчивость обеспечивает сохранение видов на протяжении длительных эволюционных промежутков, а также позволяет отдельным популяциям выживать в меняющихся условиях среды.

Выживают те особи, которые являются наиболее приспособленными к динамике различных экологических факторов. Изменчивость делится на наследственную и ненаследственную.

Изменения затрагивают не только соматические клетки организма, но и половые. При половом размножении такие изменения не наследуются, но при вегетативном размножении потомкам могут достаться измененные клетки с их новыми признаками.

Ненаследственная изменчивость является модификационной и сосредотачивает внутри себя такие изменения, которые формируются под действием факторов среды (света, температуры, питания и пр).

Примером для наблюдения феномена ненаследственной изменчивости является развитие близнецов в разных условиях. Ненаследственная изменчивость имеет исключительно групповой характер и обладает строгой направленностью.

Например, чем больше пищи, тем больше масса животного). Модификации имеют адаптивный характер.

Что касается наследственной изменчивости, то она может быть мутационной и комбинативной. Мутационная изменчивость не просчитывается и является ненаправленной. Мутации имеют колоссальное эволюционное значение, являются, своего рода «сырым эволюционным материалом». Мутации всегда индивидуальны и возникают в отдельные молекулы ДНК.

Что касается комбинативной изменчивости, то она формируется в связи с возникновением новых генетических сочетаний при оплодотворении (в профазе первого деления мейоза). Этот процесс характерен для эукариот.

Баланс между наследственностью и изменчивостью имеет колоссальное эволюционное значение. Новые признаки формируются в результате изменчивости, а закрепляются в ряду поколений они сохраняются в ряду поколений. Когда накопление признаков достигает должного уровня, происходит образование новых видов в природе.

Наследственность бывает прямой и сцепленной. Прямая наследственность формируется при оплодотворении живых организмов и означает передачу признаков потомкам. При этом одни признаки проявляются в фенотипе, являются доминантными. Те признаки, которые находятся в генотипе, но не проявляются внешне называются рецессивными.

Законы наследственности были сформулированы Г. Менделем:

• Первый закон является правилом единообразия. Он говорит о том, что при скрещивании особей, отличающихся по одной паре признаков, потомство получается одинаковым или единообразным по генотипу и фенотипу.
• Второй закон Менделя гласит: при скрещивании гибридов первого поколения между собой, во втором поколении расщепляются доминантные или рецессивные признаки. Расщепление устанавливается в соотношении 3 к 1 по фенотипу и 1 к 2 к 1 по генотипу.
• Третий закон Менделя говорит о том, что некоторые признаки, лежащие в разных парах хромосом, наследуются независимо друг от друга и дают разные сочетания генотипов. При этом возникает большое разнообразие генотипов.

Также наследственность может проявляться в так называемой сцепленной форме. Организм любого вида имеет большое разнообразие признаков, которое подкрепляется несколькими тысячами генов.

При этом число хромосом относительно невелико (например, у человека 23 пары), в связи с чем гены вынуждены располагаться по группам (в сотнях и тысячах штук). Закономерности наследования генов в сцепленной форме исследовал Т.

Морган, который назвал такие гены группой сцепления. Количество групп сцепления в клетке равно гаплоидному набору хромосом.

Наследственность и изменчивость

Наследственность и изменчивость являются одними из определяющих факторов эволюции органического мира.

Наследственность — это свойство живых организмов сохранять и передавать потомству особенности своего строения и развития. Благодаря наследственности из поколения в поколение сохраняются признаки вида, сорта, породы, штамма. Связь между поколениями осуществляется при размножении через гаплоидные или диплоидные клетки (см. разделы «Ботаника» и «Зоология»).

Из органоидов клетки ведущая роль в наследственности принадлежит хромосомам, способным к самоудвоению и формированию с помощью генов всего комплекса характерных для вида признаков (см. главу «Клетка»). В клетках каждого организма содержатся десятки тысяч генов. Вся их совокупность, характерная для особи вида, называется генотипом.

Изменчивость противоположна наследственности, но неразрывно с ней связана. Она выражается в способности организмов изменяться. Благодаря изменчивости отдельных особей популяция оказывается разнородной. Дарвин различал два основных типа изменчивости.

Ненаследственная изменчивость (см. о модификациях в главе «Основы генетики и селекции») возникает в процессе индивидуального развития организмов под влиянием конкретных условий среды, вызывающих у всех особей одного вида сходные изменения, поэтому Дарвин эту изменчивость назвал определенной.

Однако степень таких изменений у отдельных индивидуумов может быть различной. Например, у травяных лягушек низкие температуры вызывают темную окраску, но интенсивность ее у разных особей различна. Дарвин считал модификации не существенными для эволюции, так как они, как правило, не наследуются.

Наследственная изменчивость (см. о мутациях в главе «Основы генетики и селекции») связана с изменением генотипа особи, поэтому возникшие изменения наследуются. В природе мутации появляются у единичных особей под влиянием случайных внешних и внутренних факторов.

Характер их предсказать трудно, поэтому Дарвин эту изменчивость назвал неопределенной. Мутации бывают незначительными и существенными и затрагивают различные признаки и свойства. Например, у дрозофилы под влиянием рентгеновских лучей изменяются крылья, щетинки, окраска глаз и тела, плодовитость и т. д.

Мутации могут быть полезными, вредными и безразличными для организма.

К наследственной изменчивости относится комбинативная изменчивость. Она возникает при свободных скрещиваниях в популяциях или при искусственной гибридизации. В результате рождаются особи с новыми сочетаниями признаков и свойств, отсутствовавшими у родителей (см.

о дигибридном скрещивании, новообразованиях при скрещиваниях, перекресте хромосом в главе «Основы генетики и селекции»). Соотносительная изменчивость также наследственна; она выражается в том, что изменение одного органа вызывает зависимые изменения других (см. в главе «Основы генетики и селекции» множественное действие гена).

Например, у гороха с пурпурными цветками всегда с таким же оттенком черешки и жилки листьев. У болотных птиц длинные конечности и шея всегда сопровождаются длинными клювом и языком.

Наследственную изменчивость Дарвин считал особенно важной для эволюции, так как она служит материалом для естественного и искусственного отборов при образовании новых популяций, видов, сортов, пород и штаммов.

Наследственность и изменчивость – свойства организмов

Наследственность — устойчивое свойство живых организмов, способность передавать свои признаки и особенности индивидуального развития следующему поколению.

Изменчивостью называют способность живых существ приобретать новые признаки. Они появляются уже в процессе индивидуального развития. Одна из причин — влияние условий окружающей среды. Изменчивость может носить: 

• наследственный характер;
• ненаследственный характер.

Наследственная изменчивость связана с преобразованиями в ДНК и РНК. Генотипическая изменчивость проявляется в двух видах — мутационной и комбинативной. В основе последней лежит половой процесс. Комбинативная изменчивость обеспечила появление в процессе эволюции огромного разнообразия генотипов.

Мутационная изменчивость носит спонтанный характер. Внезапно возникают изменения в отдельных генах, целых хромосомах. Эти процессы носят индивидуальный характер. Также мутации делят по месту происхождения на соматические (в клетках органов тела), генеративные (в половых клетках).

Как показывают исследования и наблюдения, с мутациями связаны определенные опасности. Только небольшое количество изменений оказывается в итоге полезным. Поэтому, такое большое внимание в генетике и медицине уделяется мутагенным факторам, их выявлению и предупреждению вредного воздействия.

Характер изменений генотипа позволил ученым выделить три вида — генные, хромосомные и геномные мутации.Генныесвязаны с изменением последовательности нуклеотидов в одном гене. Это сказывается на синтезе белков и обмене веществ.

При хромосомных мутациях изменения затрагивают несколько генов. Происходит удвоение (дупликация), выпадение (делеция), поворот (инверсия), обмен (транслокация) участков хромосом.

Геномная мутация приводит к изменению числа хромосом в генотипе отдельной особи. Кратное увеличение количества хромосом — полиплоидия. Добавление одной или другого числа хромосом — анеуплоидия.

Ненаследственная, фенотипическая или модификационная изменчивость возникает под влиянием факторов окружающей среды. Изменения не затрагивают материальные носители наследственных признаков. Далее перечислены основные признаки модификационной изменчивости.

Характеристки модификационной изменчивости:

1. Не передаются потомкам, а передается норма реакции.
2. Возникают у многих особей вида и зависят от воздействия окружающей среды.
3. Возможны только в пределах нормы реакции, т.е. определяются генотипом.

Как показали исследования, изменения проявляются в определенных условиях.

Модификационная изменчивость позволяет лучше приспособиться к окружающей среде, мутационная — поставляет материал для эволюции видов.

Смотри также:

Наследственная изменчивость: виды, примеры и роль в эволюции

Существующие виды

Наследственная изменчивость характеризуется проявлением мутаций как одиночных, так и комбинированных. Если группа особей существует долго, она неизменно начнет меняться через несколько скрещиваний. То, что сначала кажется странным и удивительным, через поколения воспринимается нормально.

• Виды изменчивости:

1. Комбинативная
2. Мутационная

Первая проявляется в результате классического оплодотворения или деления клетки. У каждого вида есть разные особи, одни сильные, другие слабые.

При смешивании видов потомство перенимает сильную сторону родителей. Так появляется комбинативное развитие.

Мутации называют топливом для эволюции. Она подразумевает появление признаков, которых ранее не наблюдалось у всего вида. При правильном развитии они полезные — помогают подстроиться. Но встречаются и вредные, приводящие к гибели особей, а то и всего рода.

Комбинативная изменчивость: смешение генов

При комбинативной изменчивости потомству передаются гены, которых изначально не было у родителей, но они наблюдались у предыдущих поколений. Они скрещиваются между собой, образуя симбиоз, который на текущий момент является лучшим. У следующего поколения комбинируется новая совокупность генов, еще более усовершенствованная.

Примеры комбинативной изменчивости указывают на объединение признаков различных видов, пород или сортов:

• смешивается красная и белая роза, в результате образуется цветок с розовыми лепестками;
• белые и серые крысы обеспечивают появление черных детенышей;
• регулировка групп крови человека.

Рассматриваемый способ смешивания и генетического симбиоза является бесконечным. Пока особи продолжают размножаться, он действует. Также для него характерны еще несколько особенностей:

1. Деление материнских клеток происходит независимо. Невозможно точно сказать, какие признаки передадутся детенышу от предков.
2. Проявление характеристик, нетипичных для родителей.
3. Гаметы сочетаются случайно в процессе оплодотворения.

Благодаря особенностям смешивание генов выполняется постоянно. Не всегда передаются сильные генетические коды, а некоторые и вовсе могут потеряться. Поэтому такая изменчивость не является залогом сохранения вида.

Мутации: появление новых признаков

В процессе эволюции мутации играют роль, какую сложно переоценить. Благодаря им у целых родов появляются признаки, которых ранее не наблюдалось вовсе. Но не все положительно влияют на развитие особей.

Виды мутаций классифицируются по категориям:

• способ появления. Случайные — нетипичные, образующиеся в нормальных условиях проживания. Индуцированные — связаны с переменами самой природы;
• проявление. Доминантные делают носителя более сильным и активным, рецессивные — снижают уровень жизнеспособности;
• уровень возникновения. Смена генома, изменения ДНК или перестройка хромосом.

Благодаря мутациям появляются более приспособленные особи. Нередко они становятся причиной образования нового подвида. Многие виды без этого процесса не смогли бы пережить тот или иной исторический период.

Мутагены: ускоряющие процесс

Сама по себе мутация представляет собой процесс, происходящий в постоянном режиме. Но встречается ряд факторов, влияющих на ее ускорение или периодичность. К ним относят:

• химические вещества вроде кислот, щелочей и пр.;
• перепады температур — опасны для жителей резко континентальных климатических поясов;
• ультрафиолетовое излучение — для защиты используют специальные средства. Животные, к сожалению, защититься от такого мутагена неспособны, кроме поиска укрытий;
• радиация — самый сильный фактор;
• вирусы, только наиболее опасные из них способны повлиять на генетическую структуру.

Классификация мутагенов до конца не определена. Значение каждого отдельного элемента определяется в непоследовательной и нефиксированной форме. Невозможно точно предсказать, какая мутация произойдет, как она проявит себя, и будет ли наблюдаться вообще. Большинство воздействий носят ненаследственный характер, бывают у людей, животных и растений.

Генные изменения у человека

Биология человека — самая сложная из всех присутствующих на Земле. Поэтому и способов изменчивости предостаточно. Часто встречаются хромосомные, возникающие еще на стадии клеточного деления.

Нередко наблюдают и геномные, когда добавляется или исчезает одна/несколько хромосом.

Случайные мутации проявляются редко, поскольку действие неизвестного и постороннего мутагена в процессе размножения фактически невозможно.

Генные изменения обуславливаются наследственностью. Они являются наиболее популярными. Проявляются, когда человек безответственно относится к своему здоровью, либо происходит, например, оплодотворение кровного родственника. Потомству брата и сестры достанется не самое лучшее генное и хромосомное наследство.

Болезни, передающиеся по наследству

Наследственные мутации возникают только при серьезных изменениях в ДНК. Они проявляются на стадии деления клетки. Причем полностью здоровый исходный родительский материал вовсе не является гарантом того, что потомство не приобретет одно из заболеваний предков.

Болезни, передающиеся по наследству, разделяют на две формы:

1. Потеря хромосомы. Самым популярным представителем формы является синдром Дауна. Однако это не единственное заболевание, вызванное потерей хромосомы, хоть оно и самое изученное.
2. Изменение в наборе хромосом. Здесь наблюдаются разные последствия, такие как замедленный рост, пороки сердца, зеркальные органы и др.

В таблице представлены распространенные болезни, передающиеся по наследству.

Заболевание	Симптоматика
Гемофилия	Сопровождается кровоизлиянием в суставы, мышцы или органы, причем некоторые могут быть спонтанными. А если получают травму, риск смертности сильно возрастает.
Альбинизм	Отсутствует окраска кожи, волосяного покрова на теле, пигментация глаз и т. д.
Серповидно-клеточная анемия	Нарушается строение белка гемоглобина. Он приобретает форму серпа, если рассматривать его под микроскопом, что и наградило болезнь соответствующим названием.
Шизофрения	Психическое расстройство с нарушением социальной адаптации, сопровождающееся паранойей, бредовыми навязчивыми идеями и полным отсутствием работоспособности.
Косолапость	Характеризуется неправильным расположением стоп, что влечет за собой перемены во всей осанке.

Организм человека является диплоидным. И подавляющее большинство мутаций являются фенотипическими. Так называются изменения, которые присутствуют на клеточном уровне, однако не проявляются. Поэтому они почти не влияют на эволюционные свойства вида.

В то же время рецессия позволяет генотипу передаваться по наследству и проявиться в организме одного из потомков, причем через много поколений.

Цитоплазматичсекий мутагенез

Цитоплазматическая мутация обусловлена изменением генов в ДНК пластид. Передается исключительно по материнской линии, поскольку наблюдается в зиготе. А она все клеточные элементы получает от яйцеклетки. Пример: пестролистные высшие растения (ночная красавица или львиный зев).

Данный модификационный способ часто используется цветоводами для выведения новых популяций с уникальными внешними данными. Если цитоплазматический мутагенез образуется в одном или нескольких органоидах, он сохраняется в резерве, не проявляется. Только после полноценного размножения измененной ДНК вызываются массовые изменения.

Также этот мутагенез играет большую роль в изучении штаммов. Учеными разрабатываются сыворотки и способы защиты от различных вирусов. Кроме того, учитывая, что мутации распространяются на всю популяцию, можно вывести культуры, устойчивые к заболеваниям или негативному воздействию паразитов.